FeelElec FY6900 - zasilacz transformatorowy (v.1)

Spis treści

FY6900-60M po liftingu... ;)Na rynku dostępna jest szeroka gama generatorów. Różnią się funkcjonalnościami. Często ceną.

FY6900-60M to generator różnych przebiegów w zakresie częstotliwości niemal od zera do 60MHz. Mowa o sinusoidzie, bo - by uniknąć rozczarowania - co do innych przebiegów warto zajrzeć do specyfikacji.

To generator o więcej niż podstawowych funkcjach. Poprzedzony kilkoma wcześniejszymi modelami, (głównie za sprawą FY6600) skupił na sobie uwagę wielu amatorów i hobbystów. Często wyrażane jest  przekonanie, że pod względem wskaźnika możliwości do ceny jest bezkonkurencyjny.

Ale nie brak również uwag krytycznych... Przed zakupem skupiłem się na nich. Dotyczyły przede wszystkim zasilacza. Producent (od wielu lat zresztą) preferuje stosowanie przetwornicy AC-DC o nominalnych napięciach: +5V, +/-12V. Dlaczego zaznaczam "nominalność" wartości wyjaśnię za chwile.

 

Co FY6900-60M dolega?

Dużo przestrzeni, mało grzania, ale...Po oszacowaniu ryzyka - kupiłem. I od razu powiem, że po kilku miesiącach użytkowania: nadal jestem zadowolony. Choć wymagało to zainwestowania:

  • czasu - sugerowane w sieci rozwiązania często miały charakter prowizoryczny i nie sprawdzały się jako rozwiązania docelowe,
  • cierpliwości - do rozwiązania końcowego dochodziłem metodą prób i błędów,
  • pieniędzy - ten wydatek był akurat niewielki (ok. 80PLN), gdyż większość komponentów znajdowała się (by nie powiedzieć: zalegała) szuflady.fCzekały w szufladzie...

Wśród zastrzeżeń wymieniane są: występowanie na masie szczątkowego napięcia zmiennego (50Hz) oraz "szumy" zasilacza. Te szumy to jednak "ślady" pracy przetwornicy. Po zmierzeniu npięcia zmiennego pomiędzy bolcem uziemiającym a masą wejściowego gniazda BNC okazało sie, że ten "szczątek" to prawie 60V. IMO trochę dużo. Zabić nie zabije. Nieprzyjemnie uszczypnąć - może. Jednak co delikatniejsze układy może też wysłać "do diabła".

To napięcie (występujące w wielu przetwornicach AC-DC zasilanych bezpośrednio z sieci) można zniwelować na wiele sposobów. Jednak po kilku testach (na podstawie uzyskanych rezultatów) wybrałem rozwiązanie radykalne: budowa własnego (transformatorowego) zasilacza liniowego.

Skoro już zajrzałem do środka (czyli "po gwarancji") to:Nie grzeje się, ale i nie... cieszy

  • pozostawienie przetwornicy zmuszałaby mnie do wyeliminoiwania nie tylko szczątkowego napięcia AC (wynikającego ze stosowania tzw. kondensatora Y), ale i skutków "aktywności" przetwornicy,
  • zastosowane przez producenta wiązki przewodów zasilających, łączących przetwornicę z główną płytką generatora (w szczególności masy) nie wzbudziły mego entuzjazmu. Co prawda zewnętrznie 1,3mm, ale żyła przewodząca to tylko ok. 0,3mm.
    Dla szyny zasilającej +5V przewidziano 2 takie przewody, ale dla masy tylko 1 (fi ok. 0,3mm), bo drugi (ta sama średnica!) służy do połączenia masy przetwornicy z kołkiem uziemiającym gniazda zasilającego).
    W dostępnych w sieci opisach modyfikacji zastosowanej przetwornicy wskazuje się na konieczność podniesienia poziomu filtracji (zwiększanie pojemności kondensatorów i indukcyjności dławików).

Jak widać na zdjęciu po lewej miejsca za wiele nie ma. A rozwiązania prowizoryczne jakoś mnie nie pociągały...

W trakcie pomiarów okazało się, że nie zawsze warto wierzyć w to co "napisane". I tak: gniazdo przetwornicy opisano następująco: 2 piny +5V, 2 piny masy, +12V i -12V. Przeprowadzony pomiar wskazał, że rzeczywiste napięcia wynoszą: +5,25V oraz odpowiednio +/-13,6V.

Odchylenia od wartości nominalnych uznalem za "niedokładność" wykonania. I to był błąd.

Po podłączeniu generatora do (próbnego) zasilacza o nominalnych wartościach zasilania spotkało mnie rozczarowanie. Nie wystartował!!!

Problemem okazała się para napięć 13.6V. Po ustawieniu napięć na wartości 13,6V generator wystartował. I ma się dobrze! :)

Jak to bywa przy zasilaczach liniowych kolejnym zagadnieniem, które trzeba było uwzględnić było odprowadzenie ciepła!

Przetwornica AC-DC nie wytwarzała zbyt wiele ciepła. Pewnie dlatego "fabryczne" otwory wentylacyjne w obudowie byly wręcz symboliczne. W radiator wyposażono jedynie zespół wzmacniaczy wyjściowych. Przy czym pomiędzy radiatorem (przymocowanym jednym wkrętem do obudowy generatora) a korpusami wzmacniacza nie zastosowano żadnego medium (smaru) termoprzewodzącego.Wprowadzone modyfikacje...

Przeprowadzone pirometrem (przy otwartej obudowie) pomiary wykazały, że zbliżoną, podwyższoną temperaturę mają: zespół stabilizatorów napięcia (U13, U14 i U20), główny procesor (U2) oraz zespół wzmacniaczy wyjściowych (te pod fabrycznym radiatorem).

Dodatkowy radiator na U13, U14 i U20Po zamontowaniu wewnątrz obudowy zasilaczy stabilizowanych (stabilizatory liniowe: LM317, LM337, 7808 oraz 7805) koniecznym stało się bardziej efektywne wentylowanie wnętrza obudowy generatora poprzez dodanie wentylatora.

I to nie sugerowanego otworami w obudowie 40x40mm, a 50x50mm. Również wyposażenie niektórych komponentów (np. stablilizatorów U13, U14 i U20) w radiatory.

Co ciekawe wydaje się, że np. w przypadku U13,U14 i U20 producent przewidział taką konieczność. W płytce znajduje się otwór umożliwiający zamocowanie odpowiedniego radiatora. Oczywiście zastosowałem tu pastę termoprzewodzącą. 


Konstrukcja zasilacza

Schemat zasilaczaW zasilaczu zastosowałem dwa transformatory (zalewane) do druku: TSZZ 18/003M (18VA, Uwy=9V / 2A) oraz TSZ 16/008 (2x15V / 0,53A).

Oczywiście lepszym (ze względu na wymiary trafek) rozwiązaniem byłoby zastosowanie pojedyńczego transformatora, ale akurat takie miałem.

Ze względu na "nadmiar" napięcia (po wyprostowaniu), by w linii zasilania +5V by zmniejszyć ilość ciepła wydzielanej w pojedynczej strukturze stabilizatora zastosowałem stabilizację dwustopniową. Najpierw stabilizacja (7808) następnie stabilizator końcowy (7805).Stabilizator 7808 z radiatoremPrasowanka stabilizatora VR4

Sam pomysł niezły, ale okazało się, że trzeba rozdzielić radiatory.

Dla pierwszego stabilizatora (7808, odrębne PCB) radiator umocowany na zewnątrz obudowy generatora.

Elementy na płytce PCB VR4

Radiator pochodzi z komputerowego PSU. I jak widać "gabarytowo" pasuje "w sam raz".

Zwróć uwagę, że stabilizator VR4 (7808) znajduje się po jednej stronie radiatora, natomiast płytka PCB - po drugiej.

Wyprowadzenia stabilizatora wlutowano poprzez otwór w radiatorze. W normalnych warunkach wyprowadzenia stabilizatora osłonięte są osłoną izolującą. Można je również osłonić koszulką termokurczliwą.

Radiator umocowano do boku obudowy generatora za pomocą tulei dystansowej M4.

Większość elementów zasilacza umieszczono na 1 płytce PCB.

Stabilizatory LM317 oraz LM337 nie grzeją się zbyt mocno, więc mają "miniaturowe" radiatory.

Prasowanka głównej płytki zasilaczaNatomiast stabilizator 7805 - grzeje się zdecydowanie najintensywniej.

Próba umieszczenia obu stabilizatorów (7808 oraz 7805) na jednym radiatorze kazała zrezygnować z takiego rozwiązania. Efekt kumulacji ciepła z dwóch stabilizatorów jest wyczuwalny.

I to bez pirometru. :/Główna płytka zasilacza (od strony elementów SMD)

Po kilkunastu minutach pracy generatora (f=60MHz, R obc. 50om) temperatura wspólnego radiatora przy zdjętej górnej pokrywie obudowy osiągała poziom ok. 55 st. C. Nawet nie próbowałem testować tego rozwiązania po zamknięciu obudowy. :o

Główna płytka zasilacza (od strony elementów THT)Ze względu na ograniczone miejsce (nie ma gdzie wcisnąć wentylatora) w obudowie radiatorem dla drugiego stabilizatora (7805) jest aluminiowa blacha o wymiarach: 70x60x2mm, stanowiąca jednocześnie element mocujący PCB zasilacza (w tym stabilizatora 7805). Rozdzielenie radiatorów spowodowało, że jego temperatura nawet przy długotrwałem pracy nie przekracza... 35 st. C.

Uzyskano to m.in. dzięki temu, że stabilizator VR2 (7805) został w nietypowy sposób zamontowany.

W radiatorze (blacha aluminiowa gr. 2mm) wywierciłem otwór fi=3,5mm dla śruby (M3) mocującej VR2. Po odpowiednim wygięciu i skróceniu nóg stabilizatora został on przylutowany do PCB, przylegając do nie "napisami", a zintegrowanym radiatorem do góry.

Po złożeniu całości (PCB+radiator) otwory  muszą umożliwiać swobodne (bez naprężeń) dokręcenie śruby mocującej VR2.

Mocowanie VR2 (7805)

Można powiedzieć, że został zamontowany "odwrotnie". Grugość VR2 to ok. 4,8-4,9mm, uwzględniając wartwę medium (pasty) termoprzewodzącej to ok. 5mm. Do mocowania płytki zasilacza do radiatora użyłem 5mm tulejek dystansowych (M3). Czyli "w sam raz".

Z tym, że zamiast nakrętki M3 śrubka mocująca VR2 została przykręcona również za pomocą tulejki dystansowej 5mm. W jej wnętrzu umieściłem... termistor (10k) będący czujnikiem sterownika wentylatora. :)

W płytce zasilacza (PCB) znajduje się otwór o fi=6mm przez który można włożyć srubkę mocującą (M3).


Wentylacja wnętrza generatora

Schemat regulatora wentylatoraNiezbędnym stało się też zapewnienie lepszej cyrkulacji powietrza wewnątrz obudowy. 

Modyfikacja otworów wentylacyjnychUzyskałem to dzięki wycięciu (nożem do tapet) nadlewów osłaniających "fabryczne" otwory wentylacyjne oraz wywierceniu otworów wentylacyjnych w obrębie zasilacza.

Ze względu na niską temperaturę topnienia tworzywa, z którego wykonana jest obudowa do wiercenia lepiej używać niskoobrotowej wkrętarki (wyposażonej w odpowiednią głowicę) niż wiertarki.

Prasowanka regulatora wentylatoraW przypadku użycia wiertarki trudno będzie uniknąć nadtopień krawędzi otworów. Chyba, że zastosujemy... chłodziwo. Ale to byłaby chyba przesada :)

Płytka regulatora jest niewielka i umocowałem ją na tylnej ściance generatora tulejkami dystansowymi (dla śrubki M2). W związku z tym na tylnej ściance generatora zamontowałem sterowany prostym regulatorem wentylator 50x50mm.

Widok PCB regulatora wentylatora od strony elementów THT

Znów wydaje się, że producent przewidział konieczność zastosowania wentylatora (40x40mm).

"Stosowny" otwór został wykonany w tylnej ściance.Widok PCB regulatora wentylatora od strony elementów SMD

Uznałem jednak, że zastosowanie wentylatora 50x50mm będzie lepszym rozwiązaniem. A otwór w obudowie również powiększyłem.

Na tylnej ściance jest zamontowany również przełącznik, którego zadaniem jest wymuszenie "pełnych obrotów wentylatora".

Wentylator i gniazdo zasilające

Jak wspomniałem wcześniej termistor (10k) został zamocowany do radiatora VR2.

Praktycznie bezpośrednio do śruby go mocującej - wnętrze tulejku dystansowej 5mm użytej zamiast nakrętki M3. Przed włożeniem termistora wnętrze tulejku wypełniłem smarem termoprzewodzącym.

Tu mała dygresja: Jeśli nie chce Ci się wykonywać sterownika wentylatora wystarczy zamontować przełącznik wyłączający/włączający zasilanie wentylatora.


Co to dało?

FY6900-60M "w pełnej szacie" - en faceIMO przy tej ilości ciepła wydzielanego (przy zastosowaniu liniowego zasilacza) umieszczenie wentylatora wewnątrz obudowy jest niezbędny.

Czy stosować regulator? To kwestia wyboru.

Wynikającego z faktu, iż po zamknięciu obudowy (nałożeniu górnej pokrywy) przy wyższych częstotliwościach i obciążeniu wyjścia 50om temperatura w jej wnętrzu dość szybko (kilkanaście minut) rośnie do poziomu, przy którym regulator "ustawia" maksymalne obroty wentylatora. ie zgodnie z ustawionym przez nas poziomem temteratury. Teraz wentylator nowy, cichy, więc nawet tego nie słychać.

Wentylator (obojętnie: podłączony na stałe lub sterowany regulatorem czy włącznikiem) dmucha ciepłym powietrzem.

Piekło to nie jest, ale myślę, że chłodzenie generatorowi nie zaszkodzi. ;) Trudno mi oceniać na ile mój generator stracił "na urodzie".

FY6900-60M "w pełnej szacie" - od rufy ;)

IMO niewiele lub wcale. Widoczne na zdjęciach otwory wentylacyjne okazały się przysłowiowym "strzałem w dziesiątkę".

Nie mniejsze znaczenie miało "wyniesienie" stablilizatora "pośredniego" (8V, z radiatorem) na zewnątrz. Nie mniej istotny jest też kierunek (wymuszonego) ruchu powietrza. Wentylator "zasysa" powietrze z wnętrza generatora i wydmuchuje je na zewnątrz.

Wentylacja działa !

Umieszczenie otworów w miejscach, w których znajdują się elementy zasilacza wydzielające najwięcej ciepła (ewentualnie ich radiatory) spowodowało, że są one permanentnie schładzane (chłodniejszym) powietrzem z zewnątrz.

Po pewnym czasie wewnątrz obudowy generatora temperatura stabilizuje się. IMO wpływa to również na podniesienie "komfortu" pracy elementów generatora. Do wartości granicznych (warunków pracy) dużo brakowało, ale jest lepiej gdy jest jeszcze dalej. :D

Oczywiście te pomiary wykonałem (co widać na zdjęciach) bez obciążenia stopni wyjściowych generatora, ale... i tak jest chłodniej niż było! :)

W pokoju ("kuźni" ;) ) temperatura jest na poziomie 21-22 st. C. Nawet przy "sterowanym" trybie pracy wentylatora temperatura wewnątrz obudowy... nie przekracza 30 st. C.

Po przełączeniu na maksymalne obroty wentylatora po ok. 2-3 min. temperatura spada do 25 st. C. I utrzymuje się na tym poziomie. I to jest to o co mi chodziło !


A co z uziemianiem?

Artykuł długi jak tasiemiec toteż pewnie niewielu pamięta, że punktem wyjścia był problem występowania szczątkowego napięcia AC (ok. 60V) na masie generatora.

Wynikało to z zastosowania przez producenta do zasilania generatora przetwornicy AC-DC (z kondensatorem C-Y).

Oczywiście zastosowanie transformatorów galwanicznie odseparowało sieć AC (230V) od masy urządzenia, ale...

CDN

Skok do innych projektów zrealizowanych w ramach Warsztatu krótkofalowca